スタンフォード大学とベルギーのルーベン大学の研究者チームは、メタノール燃料経済に向けた重要なマイルストーンとなるプロセスをさらに完成させました。 原料としてメタンが豊富にあることを考えると、世界の天然ガスの使用方法を根本的に変える可能性があるのは進歩です。
最も単純なアルコールであるメタノールは、塗料やプラスチックなどのさまざまな製品の製造や、ガソリンへの添加剤として使用されます。 水素が豊富なメタノールは、次世代の燃料電池に電力を供給し、環境に大きな利益をもたらす可能性があります。
革命になり得る転換
メタンを主成分とする天然ガスを経済的にメタノールに変換できれば、大成功だ。 結果として得られる液体燃料は、天然ガスや純粋な水素よりもはるかに簡単に保管および輸送できます。 また、これにより、天然ガス処理プラントやパイプラインからのメタン排出量も大幅に削減されます。
今日、二酸化炭素よりも何倍も強力な温室効果ガスであるメタンは、石油や石炭に対する天然ガスの環境上の利点をほぼ無効にしています。 Science の最新版に掲載されたチームの新しい研究 は、メタンからメタノールを作る低エネルギーの方法を促進する最新のものです。
「このプロセスでは、天然ガスを室温でメタノールに変換することが知られている鉄ゼオライトとして知られる一般的な結晶を使用します」と彼は説明します。 ベンジャミン・スナイダースタンフォード大学で触媒を研究して博士号を取得し、この課題の重要な側面に対処しています。 「しかし、メタンは頑固に化学的に不活性であるため、これを実用的なレベルで達成するのは非常に困難な化学です。」
メタンが注入されるとき ゼオライト 多孔質鉄の場合、メタノールは追加の熱やエネルギーを必要とせずに室温で急速に生成されます。 比較すると、メタンからメタノールを製造するための従来の工業プロセス 1000°C（1832°F）の温度と非常に高い圧力が必要です。
これは経済的に魅力的なプロセスですが、それほど簡単ではありません。 重要な障壁が、このプロセスを産業レベルに持ち込むことを妨げています。
エドワード·ソロモンスタンフォード大学 SLAC 国立加速器研究所の化学および光子科学の教授。 ソロモンは新しい研究の上級著者です
ゼオライトを軽くしてメタノールを生成します
現在、室温でメタノールを得る方法の大量拡散の妨げとなっている問題は、正確には鉄ゼオライトにあります。 残念ながら、それらのほとんどはすぐにオフになります。 つまり、プロセスは機能しますが、時間はほとんどかかりません。
したがって、次の目標は、これらのケイ酸塩の性能を改善することです。 共著者によって開発された新しい研究 ハンナ・ローダ、無機化学のスタンフォード大学の博士課程の学生は、高度な分光法を使用して、メタン-メタノール製造に最も有望なゼオライトの物理的構造を調査します。
重要な問題は、触媒を破壊せずにメタノールを得る方法です
ハンナ・ローダスタンフォード大学
チーム分析と「ケージ効果」
チームはXNUMXつの鉄ゼオライトを選択することにより、それらの格子の物理的構造を研究しました。 彼らは、反応性が周囲の結晶構造の細孔のサイズに基づいて大きく変化することを発見しました。 チームはこれを「ケージ効果」と呼んでいます。これは、カプセル化された格子がケージのように見えるためです。
ケージの細孔が大きすぎる場合、活性部位はXNUMX回の反応サイクル後に非活性化し、二度と再活性化することはありません。 しかし、細孔の開口部が小さくなると、反応物間の正確な分子の「ダンス」が調整され、プロセスの持続時間が長くなります。 この機能を利用することで、チームは次のことができました。 非アクティブ化されたサイトの40％を繰り返し再アクティブ化、工業規模の触媒プロセスに向けた重要な概念的進歩。
触媒サイクルは、いつの日か天然ガスからのメタノールの継続的かつ経済的な生産につながる可能性があります
ベンジャミン・スナイダースタンフォード大学
メタノール燃料への道
やるべきことはまだたくさんありますが、言いたいことは XNUMX つあります。 最初に： いずれにせよ、これは基礎科学における根本的な前進です。 それは、化学者や化学技術者に、室温でメタノールを生成するために鉄ゼオライトが使用するプロセスを明確にするのに役立つからです。 XNUMX番目： 高度な分光法がなければ、この発見は不可能だったでしょう。 多くの分野で研究が進んでいる技術、ずっと前に私はあなたに 調査 強制的に意識を失った状態でも人々がコミュニケーションできるようにするため。
